植物内生解磷细菌的分离筛选及其生物多样性

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磷是植物生长必需的矿质元素之一。尽管土壤磷素含量丰富,但其中大部分不能被植物直接吸收利用。具有解磷能力的微生物在土壤磷的生物循环系统中担任着重要的角色,它可以将难溶无机磷转化为可以被植物吸收利用的可溶性磷。目前研究者们都是从土壤、各种水体等环境中分离解磷细菌,还没有人从植物体内分离解磷细菌。因此本文从微生物解磷资源的开发入手,利用解磷细菌筛选原理,从健康生长的常见作物体内分离筛选植物内生解磷细菌,研究其生物多样性和促生特性,拓宽了解磷细菌的来源,为解磷细菌应用于农业生产提供理论依据。本试验共分离到61株内生解磷细菌。用NBRIP液体摇瓶法研究这些解磷细菌对磷酸钙的溶解能力,培养5天后发现菌株均能不同程度地溶解磷酸钙释放出有效磷,解磷量最大的达到537.6 mg·L-1。菌株对磷酸钙的解磷能力与pH呈一定的负相关性(r2=-0.46),所有接菌处理均使培养液pH不同程度地降低,最大降幅达到2.79个pH单位。选择其中的部分代表性菌株进行磷矿粉的分解实验,培养5天后,供试菌株释放出的有效磷含量为1.8-231.0 mg·L-1,是对照的3.2-42倍。菌株对磷矿粉的分解能力与培养液pH值的负相关性达到-0.67。对供试菌株进行促生相关的生物学特性的测定,结果表明分离的解磷内生细菌均不同程度的具有促生特性,80%的供试菌株能产生IAA,79%的供试菌株能产生铁载体,37%的供试菌株能利用ACC为唯一氮源生长。利用细菌通用引物对供试菌株16S核糖体DNA进行扩增获得约1500 bp片段,分别用内切酶HhaⅠ和HaeⅢ对扩增产物进行限制性酶切,产生不同的酶切图谱。根据酶切图谱聚类分析结果,供试菌株在76%相似性水平上被归为13类,显示出分离的内生解磷细菌种群具有一定的多样性。结合解磷能力、促生特性及酶切聚类分析结果等指标,挑选具有代表性的20株内生解磷细菌菌株进行16Sr DNA序列系统发育分析及鉴定,共鉴定出9个属的内生解磷细菌,分别为假单胞菌属(Pseudomonas)不动杆菌属(Acinetobacter)、伯克霍尔德氏菌属(Burkholderia)、泛菌属(Pantoea)、肠杆菌属(Enterobacter)、嗜酸菌属(Acidovorax)、罗尔斯顿菌属(Ralstonia)、芽孢杆菌属(Bacillus)、克雷伯氏菌属(Klebsiella),其中假单胞菌属、泛菌属、伯克霍尔德氏菌属为优势种属。结果表明植物内生解磷细菌种类比较丰富,而且大多数均是常见的单独作为内生细菌或解磷细菌报道的菌属,其中嗜酸菌属和罗尔斯顿菌属作为内生细菌或解磷细菌都很少见报道。从分离物中选择3株菌(Pantoea agglomerans U2-22、Pantoea dispersa M1R4、Burkholderia cepacia M2S2)以利福平标记,浸种法回接于玉米,在添加不同磷源的蛭石中进行盆栽试验。结果表明在以磷酸钙为磷源时,接菌处理(U2-22、M1R4、M2S2)使植株总干重比对照分别增加11.6%、25.5%、7.57%,其中接M1R4、M2S2显著促进玉米对磷的吸收积累,全植株中磷积累总量比对照分别增加43.1%、40.8%;在磷矿粉为磷源时,M1R4、M2S2使植株总干重比对照分别增加10.5%、3.37%,但不影响植株对磷的吸收积累,U2-22没有增加玉米生物量,但是显著提高了植株地上部及根部对磷的吸收积累量,分别比对照增加35.0%和36.3%。
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